现代数控加工技术生专业课程教学实验

摘　要　针对目前高校在数控加工技术研究生课程教学中存在的问题,本文以CDIO教育理念为指导,充分利用数控加工技术课程特点,结合我校的具体情况,培养研究生的科研能力、工程能力、自学能力和团队交流能力,探索了一条较为切实可行的数控加工技术课外项目和课内实验CDIO教学方案,实践证明,该模式获得了良好的教学效果.

关 键 词　数控加工技术　CDIO　研究生教学　实验方案

0引言

“卓越工程师教育培养计划”是按照《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出的高等教育重大战略性改革计划,对高等教育面向社会需求培养人才,调整人才培养结构,提高人才培养质量,推动教育教学改革,增强毕业生就业能力都具有十分重要的示范和引导作用.①②为了积极应对社会经济发展和全国高等教育改革形势提出的挑战,抓住发展机遇,强化、加快内涵建设,我校已正式启动“卓越工程师教育培养计划”建设实施工作.

众所周知,在工科院校机械类或近机械类专业中,现代数控加工技术是机械设计制造及自动化类专业的专业课,它是电子技术、计算机技术与机械制造技术的有机结合,它以数控机床为对象,研究数字控制系统的工作原理、组成及其在数控机床上的应用,通过本课程的学习使学生具有一定的机械加工工艺分析和数控编程的能力,并掌握对典型数控机床的基本操作技能,对今后从事数控加工和研究工作奠定一定的基础.我校机械工程学科依托江苏省船舶先进制造技术重点实验室和江苏省级机械工程基础实验教学示范中心,面向船舶制造业、紧密跟踪学科前沿,围绕复杂产品的数字化设计与制造、先进制造工艺技术与装备、船舶机电设备与系统的协同控制等领域开展深入而有特色的研究工作,形成了基础研究、应用预先研究和工程化应用及产品开发有机结合的科研体系.

1数控加工技术CDIO实训方案

数控加工技术是工科院校机械类和近机械类专业学生必修的一门专业课,是一门理论性和实践性都很强的课程,其主要教学目的在于使学生获得常用机械工程材料的基本理论、热处理工艺和性能特点等知识,能够合理选用工程材料,正确制定加工工艺路线,以培养学生的综合工程素质和创新能力、实践动手能力、综合分析和解决实际问题的能力.本课程在内容方面侧重于基础知识、基础理论以及基本分析方法的讲授,在培养实践能力方面应着重数控加工技能的基本训练.通过课堂授课、课内实验和课外项目等多层次教学训练,综合培养学生的职业道德、工程素质和社会责任,包括团队协作观念、职业道德规范等；科学严谨的工作作风、认真负责的工作态度、讲求实效的工程观点、综合分析的系统思维等和社会义务责任心、环保节能意识、积极端正的进取心等.为了更加确切地了解用人单位对数控加工技术人才在数控机床应用,特别是数控加工、数控编程等方面的能力要求以及如何建设数控加工实训基地,课题组成员为此进行了广泛的社会调查,我们走访了沪东重机股份有限公司、重庆齿轮箱有限责任公司、沪东中华造船集团公司、江南造船集团公司、河南柴油机重工有限公司、安庆中船柴油机有限公司、武汉船用机械有限公司和镇江中船设备有限公司等工矿企业,了解了作为数控机床使用企业对人才能力的需求情况以及学校如何组织数控加工技术CDIO教学.综合调研结果,我们认为数控加工技术课程CDIO教学应分阶段按层次进行,采用循序渐进、逐步提高的方案.以适应社会需求为目标,数控加工技术应明确界定知识结构和能力结构的关系,这样才能做到有的放矢,体现出数控行业特色、专业内涵和符合社会企业需求的数控专业培养目标.③④

2数控加工技术CDIO课外项目和课内实验实施

现代数控加工技术实验是机械设计制造及其自动化专业的一门专业实验课程.通过课外项目和课内实验实践使学生掌握插补原理、数控加工中心、数控车床、数控铣床、数控线切割的编程与加工方法等,使学生具有直接针对数控机床编程与加工、测试和维护的能力.培养学生从理论课程向工程实践课程转换的过渡性环节,具有增强学生对机械技术工作的适应能力和开发创造能力的作用.本课外项目实践教学面向机械类专业学生开设,在深化现代数控加工技术课程的基本知识、基本理论、基本方法基础上,通过课外项目实践教学,培养学生应用计算机、数控加工仿真软件等现造方法解决机械工程问题的能力,培养学生发现问题、分析问题以及自主创新的能力,培养学生进行科学研究和工程设计的良好习惯.以下针对我校研究生课程——现代数控加工技术课程CDIO部分教学实验内容展开分析和讨论.

2.1数控编程与加工仿真实验

通过本课外项目和课内实验实践的学习,使学生了解或掌握数控机床的数控编程及其仿真使用方法.可在计算机虚拟环境下可以动态地分析、观察数控工艺的完备性、程序的正确性.了解后置程序主要功能分析包括机床选择模块、机床回零、安装零件、NC程序导入、运行轨迹检查、装刀具、对刀和卸刀、参数设置等功能.以船用柴油机关键件CAD/CAPP/CAM集成实验为例,船用柴油机关键件CAD/CAPP/CAM集成系统根据某企业用户提供的零件模型,对零件模型特征信息提取与重构,特征工艺推理及排序,并能生成特征刀具轨迹以及对应刀具轨迹的NC代码,最终对生成的NC代码按照加工要求进行拼接.⑤

2.2Vericut加工工艺系统仿真实验

通过本实验的学习,使学生了解或掌握Vericut加工工艺系统仿真软件的使用,通过如船用柴油机关键件典型零件数控加工实例的实施,将课内学习的数控工艺知识综合起来,对不同的工艺内容要了解的不同的实施步骤和采取方法.产品的实际加工环境包括数控加工设备、工装夹具及其加工刀具等,因此在虚拟加工环境中需要建立相应的数控加工设备模型、夹具模型、刀具模型及工件模型,使得Vericut虚拟加工环境能够依据用户输入的NC代码、工艺参数和刀具模型给出有关工件变化、刀具状况、加工效率等信息,为进行产品的可制造性评价和优化打下基础.

3结论

在数控加工技术CDIO项目实践教学过程中,整个项目实践教学实施过程主要包括编程、仿真、切削加工、撰写报告和演示答辩等环节,以学生为主体,教师起引导答疑作用,要求学生按进度完成各环节任务；项目实践教学组织采用个人和团队的方式,其中团队项目实践的成员之间必须有明确的分工与合作,禁止以逸待劳现象；项目实践教学完成后,要求提交项目实践报告、数控程序源文件及仿真、加工的关键草稿纸等.评定方式根据项目实践表现、项目完成情况、项目实践报告质量、演示答辩水平等方面综合考虑.通过数控加工技术CDIO项目的研究,制定了切实可行的数控加工技术应用培训方案,探讨了数控加工技术实训的内容和层次的划分,提供了制造工程实践环境,在实现数控加工技术应用专业人才培养目标中起到了重要的作用.数控加工技术CDIO项目实施近一年多来,研究生反映效果良好,达到了预期的目的.在项目设计、实现、运作之中,小组成员要进行项目总结交流,实现经验分享,拓展所学知识,从而培养了学生的团队协作能力.

①　王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究,2009(9):86-87.

②　江帆,张春良,王一军等.机械专业CDIO培养模式探索[J].装备制造技术,2010(6):192-194.

③　方喜峰,张胜文.数控技术应用实训方案探讨[J].实验室研究与探索,2005(6):90-92,103.

④　王爱玲,李梦群,冯裕强编著.数控加工理论与实用技术[M].北京:机械工业出版社,2009.

⑤　张瑞国.基于GT与KBE的智能编程系统研究与应用[D].江苏科技大学硕士学位论文,2009.